(57)【要約】【課題】  本発明は積層技術、フォトリソグラフィー技術、反応性イオンエッチング技術を使用して製造された高分子樹脂材料製の光導波路に関し、コアの断面が歪んでしまう問題を解決して品質の安定性の改善を図ることを目的とする。【解決手段】  Ｙ分岐光導波路デバイス４１は、高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路４２がシリコン基板４３の上面に形成してある構成である。Ｙ分岐光導波路４２を構成するコア４４は、すそ拡がり形状の側面５０を有する。コア４４は、チャンバ内の酸素の圧力を通常よりも相当に高い圧力である５Ｐａに設定して反応性イオンエッチングをコア層１０に対して行うことによって形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の高分子樹脂材料製の下側クラッド層と、該下側クラッド層上の高分子樹脂材料製のコアと、該コアを覆う高分子樹脂材料製の上側クラッド層とを有してなり、該下側クラッド層と上側クラッド層によって囲まれた上記コアが光導波路を形成した構成である光導波路デバイスにおいて、
該コアは、その断面が、下面側の幅寸法が、上面側の幅寸法よりも大きい形状であることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光導波路デバイスにおいて、
該コアは、すそ拡がりの形状の側面を有する断面形状であることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】
請求項１記載の光導波路デバイスにおいて、
該コアは、斜面状の側面を有する断面形状であることを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか一項記載の光導波路デバイスを製造する方法であって、
コアを形成するための反応性イオンエッチングを、チャンバ内の酸素の圧力を等方性エッチングとなる圧力に設定して行うことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波路デバイスに係り、特に、積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して形成された高分子樹脂材料製の光導波路を有する光導波路デバイスに関する。
【０００２】
高分子樹脂材料を使用した分岐光導波路を備えた構造の分岐光導波路デバイスは、石英製の分岐光導波路デバイスに比べて光の伝播特性は低いけれども、生産性が格段に良く、製造コストも格段に安価であるという利点を有しており、光モジュールを構成する部品として多く利用されている。
【背景技術】
【０００３】
説明の便宜上、高分子樹脂材料を使用した分岐光導波路デバイスの製造工程について説明する。実際には、シリコンウェハ上に積層技術及びフォトリソグラフィー技術を使用して多数の分岐光導波路をマトリクス状に作り込み、最後にシリコンウェハをスクライブすることによって個片化して製造される。ここでは、単一の分岐光導波路を作り込むようにして説明する。Ｚ１−Ｚ２は長手方向、Ｘ１−Ｘ２は幅方向、Ｙ１−Ｙ２は厚さ方向である。
【０００４】
Ｙ分岐光導波路デバイスは、図９（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、図１１（Ａ）に示す工程を経て製造される。図１１（Ｂ）は、完成したＹ分岐光導波路デバイス１を示す。Ｙ分岐光導波路デバイス１は、高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路２がシリコン基板３の上面に形成してある構成である。Ｙ分岐光導波路２は、高分子樹脂材料製の例えばフッ素化ポリイミド樹脂からなるコア４とこれを囲む同じくフッ素化ポリイミド樹脂からなる下部クラッド層５及び上部クラッド層６よりなる構成である。コア４は、Ｙ字形状を有しており、入射側コア４ａと、分岐してある２つの分岐コア４ｂ、４ｃとを有する。
【０００５】
先ず、図９（Ａ）に示すように、シリコン基板３の上面に屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布して下部クラッド層５を形成し、更には、図９（Ｂ）に示すように、下部クラッド層５上に屈折率がｎ２（＞ｎ１）であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア層１０を形成し、更には、図９（Ｃ）に示すように、例えばシリコン含有フォトレジストを塗布してレジスト層１１を形成する。２０はマスク部材であり、石英板２１の下面に、クロム膜でＹ字形状のマスクパターン２２が形成してある構成である。次いで、図１０（Ａ）に示すように、マスク部材２０をレジスト層１１上に密着させ、紫外線２５を照射し露光させ、レジスト層１１を現像し、図１０（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置によるドライエッチング用のレジストマスク１２を形成する。次いで、ＲＩＥによるドライエッチング処理を行って、図１０（Ｃ）に示すように、Ｙ字形状のコア４を形成する。上記ドライエッチング処理では、ＲＩＥ装置のチャンバ内の酸素圧力を例えば０．６Ｐａに設定して行っており、コア４はその両側の側面がシリコン基板３の上面に対して垂直の面となるように形成される。次いで、図１１（Ａ）に示すように、レジストマスク１２を除去して、最後に、屈折率がｎ１であるフッ素化ポリイミド樹脂を塗布してコア４を覆うように上部クラッド層６を形成して、図１１（Ｂ）に示すＹ分岐光導波路デバイス１が製造される。
【特許文献１】特開平７−９２３３８号公報（段落［００２３］中記載内容）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者は、製造したＹ分岐光導波路デバイス１の一部に、図１２（Ａ）、（Ｂ）に併せて示すように、下部クラッド層５のうちコア４の側面の下端に沿う部分のうち片側又は両側にクラック３０が生じ、コア４の断面が歪んでしまっているものが混在していることを発見した。なお、クラック３０は、下部クラッド層５のうち、コア４の片側の側面のうち、コア４の分岐点付近の側面の部分に沿う部分に形成されている場合が多かった。図１２（Ａ）、（Ｂ）は夫々図１１（Ｃ）中、XIIA−XIIA, XIIB−XIIBに沿う断面図である。
【０００７】
コア４の断面が歪んでいると、入射側コア４ａに入射した光が分岐コア４ｂ、４ｃに均一に分岐されなくなってしまい、分岐の均一性が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、Ｙ分岐光導波路デバイス１に光ファイバを接着して接続してなるＹ分岐光導波路デバイスモジュールにあっては、図１２（Ｂ）に示すように、コア４の端が光ファイバ１００の端の中心に対してずれた関係となって、Ｙ分岐光導波路デバイス１と光ファイバ１００との接続部において、分岐コア４ｃを伝播されてきた光の一部が光ファイバ１００内に入り込まないようになって、光学的損失が起きてしまうという問題があった。
【０００９】
また、発明者は、図１０（Ｃ）に示すＲＩＥ装置によるドライエッチング処理後のものを観察したところ、図１３に示すように、下部クラッド層５のうちコア４の側面の下端に対応する部分のうち片側又は両側にクラック３０が生じているものが混在していることを発見した。図１３は、図１０（Ｃ）中、XIII-XIIIに沿う断面である。
【００１０】
そこで、本発明は、ＲＩＥ装置によるドライエッチング工程でクラックが形成されないようにして、上記のコアの断面が歪んでしまう場合があるという課題を解決した分岐光導波路デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、上記課題を解決するため、本発明は、基板上の高分子樹脂材料製の下側クラッド層と、該下側クラッド層上の高分子樹脂材料製のコアと、該コアを覆う高分子樹脂材料製の上側クラッド層とを有してなり、該下側クラッド層と上側クラッド層によって囲まれた上記コアが光導波路を形成した構成である光導波路デバイスにおいて、該コアは、その断面が、下面側の幅寸法（Ｗ２）が、上面側の幅寸法（Ｗ１）よりも大きい形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コアは、その断面が、下面側の幅寸法が、上面側の幅寸法よりも大きい形状であるため、反応性イオンエッチング装置等によるドライエッチング工程において下側クラッド層にクラックが生じず、コアの光軸に垂直の断面の形状が歪んでしまうことが起きないようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路デバイス４１を示す。Ｙ分岐光導波路デバイス４１は、高分子樹脂材料製のＹ分岐光導波路４２がシリコン基板４３の上面に形成してある構成である。Ｙ分岐光導波路４２は、屈折率がｎ２である例えばフッ素化ポリイミド樹脂からなるコア４４とこれを囲む屈折率がｎ１（＜ｎ２）である同じくフッ素化ポリイミド樹脂からなる下部クラッド層４５及び上部クラッド層４６よりなる構成である。コア４４は、Ｙ字形状を有しており、入射側コア４４ａと、分岐してある２つの分岐コア４４ｂ、４４ｃとを有する。入射側コア４４ａ、分岐コア４４ｂ、４４ｃは、幅Ｗ１が５μｍ程度、高さＨ１が５μｍ程度と微細であり、シングルモード用である。Ｚ１端における分岐コア４４ｂ、４４ｃの間隔Ａは１２５〜２５０μｍ程度で光ファイバの直径に設定されており、分岐角θ１が０．５から３°と光を同じ割合で分岐できる角度に設定されている。
【００１５】
図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、入射側コア４４ａ及び分岐コア４４ｂ、４４ｃは、すそ拡がりの側面５０を有する断面形状を有する。即ち、入射側コア４４ａ及び分岐コア４４ｂ、４４ｃは、下面５１の幅Ｗ２が上面５２の幅Ｗ１よりも大きい形状を有する。
【００１６】
入射側コア４４ａ及び分岐コア４４ｂ、４４ｃの断面に歪みはなく、入射側コア４４ａに入射した光は分岐コア４４ｂ、４４ｃに均一に分岐されるようになり、分岐の均一性は良好である。
【００１７】
また、Ｙ分岐光導波路デバイス１に光ファイバを接着して接続してなるＹ分岐光導波路デバイスモジュールにあっては、図２（Ｂ）に示すように、コア４の端と光ファイバ１００の端とが略一致した関係となって、分岐コア３４４ｂを伝播されてきた光は光ファイバ１００内に良好に入り込むようになって、接続部における損失は抑制されて光学的特性は良好である。
【００１８】
上記のＹ分岐光導波路デバイス３１は、図３（Ａ）乃至（Ｃ）、図４（Ａ）乃至（Ｄ）に示す工程を経て製造される。図４（Ｃ）に示すＲＩＥ装置を用いたドライエッチング工程の条件を変更している以外は、図９、図１０、図１１に示す工程と同じである。
【００１９】
図４（Ｃ）に示すＲＩＥ工程は、図５に示すＲＩＥ装置６０のチャンバ６１内の酸素圧力を通常の圧力である０．６Ｐａの約１０倍である５Ｐａに設定して行った。これによって、発明者は、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、コア層１０が除去されて、すそ拡がりの側面５０を有するコア４４が形成されることを確認した。６２は上部電極、６３は下部電極である。図６（Ａ），（Ｂ）は、図４（Ｃ）中、VIA-VIA,VIB-VIB線に沿う断面である。発明者は、ＲＩＥ工程後のウェハ上の各コアを観察したところ、下部クラッド層４５のうち入射側コア４４ａ及び分岐コア４４ｂ、４４ｃの側面５０の下端に対向する部分に、クラックが生じていないことを確認した。
【００２０】
また、発明者は、完成したＹ分岐光導波路デバイス４１を観察して、入射側コア３４ａ及び分岐コア３４ｂ、３４ｃの断面が図１２に示すように歪んでしまっているものが混在していないことを確認した。
【００２１】
よって、上記の製造工程を経てＹ分岐光導波路デバイス４１を製造することによって、高い品質を備え、しかも品質のばらつきが少ないＹ分岐光導波路デバイス４１を安定に製造することが出来る。
【００２２】
図７は本発明の実施例２になるＹ分岐光導波路デバイス４１Ａを示す。Ｙ分岐光導波路デバイス４１Ａは、コア４４Ａを除いて、上記のＹ分岐光導波路デバイス４１と同じである。入射側コア４４Ａａと、分岐してある２つの分岐コア４４Ａｂ、４４Ａｃとは、図８（Ａ），（Ｂ）に併せて示すように、斜面である側面５０Ａを有し、断面が台形の形状を有する。このコア４４ＡもＲＩＥを所定の条件で行うことによって形成される。
【００２３】
このＹ分岐光導波路デバイス４１Ａは改善された分岐特性を有し、且つ、このＹ分岐光導波路デバイス４１Ａに光ファイバを接着して接続してなるＹ分岐光導波路デバイスモジュールは、接続部における損失が抑制されて光学的特性が改善される。
【００２４】
また、本発明の、コアの断面形状を、下面側の幅寸法が、上面側の幅寸法よりも大きい形状とした構成は、Ｙ分岐光導波路デバイスに限ることなく、Ｙ字形状以外の形状の分岐光導波路を備えたデバイス、及び、分岐機能を有していない光導波路を備えたデバイスにも適用可能であり、上記と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１になるＹ分岐光導波路デバイスを示す図である。
【図２】図１中、IIA-IIA,IIB-IIB線に沿う断面図である。
【図３】図１のＹ分岐光導波路デバイスの最初の製造工程を示す図である。
【図４】図３に続く製造工程を示す図である。
【図５】反応性イオンエッチング装置を示す図である。
【図６】図４（Ｃ）中、VIA-VIA,VIB-VIB線に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施例２になるＹ分岐光導波路デバイスを示す図である。
【図８】図７中、VIIIA-VIIIA,VIIIB-VIIIB線に沿う断面図である。
【図９】従来のＹ分岐光導波路デバイスの最初の製造工程を示す図である。
【図１０】図９に続く製造工程を示す図である。
【図１１】図１０に続く製造工程を示す図である。
【図１２】図１１（Ｂ）中、XIIA-XIIA,XIIB-XIIB線に沿う断面図である。
【図１３】図１０（Ｃ）中、XIII-XIII線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
３０  クラック
４１、４１Ａ  Ｙ分岐光導波路デバイス
４２、４２Ａ  Ｙ分岐光導波路
４３  シリコン基板
４４、４４Ａ  コア
４５  下部クラッド層
４６  上部クラッド層
５０  すそ拡がり形状の側面
５０Ａ  斜めの側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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